A força de contração de qualquer comprimento unitário na superfície do líquido é chamada de tensão superficial, e a unidade é N.·m-1.
A propriedade de reduzir a tensão superficial do solvente é chamada de atividade superficial, e uma substância com essa propriedade é chamada de substância tensoativa.
A substância tensoativa que pode ligar moléculas em solução aquosa e formar micelas e outras associações, e ter alta atividade superficial, ao mesmo tempo que tem o efeito de umedecer, emulsionar, formar espuma, lavar, etc., é chamada de surfactante.
Surfactante são compostos orgânicos com estrutura e propriedades especiais, que podem alterar significativamente a tensão interfacial entre duas fases ou a tensão superficial de líquidos (geralmente água), com propriedades umectantes, espumantes, emulsificantes, de lavagem e outras.
Em termos de estrutura, os surfactantes têm como característica comum conter dois grupos de naturezas diferentes em suas moléculas. Em uma extremidade está uma longa cadeia de grupo apolar, solúvel em óleo e insolúvel em água, também conhecido como grupo hidrofóbico ou grupo hidrorrepelente. Esse grupo repelente de água é geralmente cadeias longas de hidrocarbonetos, às vezes também para flúor orgânico, silício, organofosfato, cadeia de organoestanho, etc. Na outra extremidade está um grupo solúvel em água, um grupo hidrofílico ou um grupo repelente de óleo. O grupo hidrofílico deve ser suficientemente hidrofílico para garantir que todos os surfactantes sejam solúveis em água e tenham a solubilidade necessária. Como os surfactantes contêm grupos hidrofílicos e hidrofóbicos, eles podem ser solúveis em pelo menos uma das fases líquidas. Esta propriedade hidrofílica e lipofílica do surfactante é chamada de anfifilicidade.
O surfactante é um tipo de molécula anfifílica com grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. Grupos hidrofóbicos de surfactantes são geralmente compostos de hidrocarbonetos de cadeia longa, como alquil C8 ~ C20 de cadeia linear, alquil C8 ~ C20 de cadeia ramificada, alquilfenil (o número de átomos de carbono do alquil é 8 ~ 16) e semelhantes. A diferença pequena entre os grupos hidrofóbicos está principalmente nas mudanças estruturais das cadeias de hidrocarbonetos. E os tipos de grupos hidrofílicos são mais, então as propriedades dos surfactantes estão relacionadas principalmente aos grupos hidrofílicos, além do tamanho e formato dos grupos hidrofóbicos. As mudanças estruturais dos grupos hidrofílicos são maiores do que as dos grupos hidrofóbicos, portanto a classificação dos surfactantes é geralmente baseada na estrutura dos grupos hidrofílicos. Essa classificação é baseada no fato de o grupo hidrofílico ser iônico ou não, e é dividido em surfactantes aniônicos, catiônicos, não iônicos, zwitteriônicos e outros tipos especiais.
① Adsorção de surfactantes na interface
As moléculas de surfactante são moléculas anfifílicas possuindo grupos lipofílicos e hidrofílicos. Quando o surfactante é dissolvido em água, seu grupo hidrofílico é atraído pela água e se dissolve na água, enquanto seu grupo lipofílico é repelido pela água e deixa a água, resultando na adsorção de moléculas de surfactante (ou íons) na interface das duas fases. , o que reduz a tensão interfacial entre as duas fases. Quanto mais moléculas de surfactante (ou íons) forem adsorvidas na interface, maior será a redução na tensão interfacial.
② Algumas propriedades da membrana de adsorção
Pressão superficial da membrana de adsorção: Adsorção de surfactante na interface gás-líquido para formar uma membrana de adsorção, como colocar uma folha flutuante removível sem atrito na interface, a folha flutuante empurra a membrana adsorvente ao longo da superfície da solução, e a membrana gera uma pressão na folha flutuante, que é chamada de pressão superficial.
Viscosidade superficial: Assim como a pressão superficial, a viscosidade superficial é uma propriedade exibida pela membrana molecular insolúvel. Suspenso por um anel de platina de fio de metal fino, de modo que seu plano entre em contato com a superfície da água do tanque, gire o anel de platina, o anel de platina pela viscosidade do impedimento de água, a amplitude decai gradualmente, de acordo com a qual a viscosidade da superfície pode ser medido. O método é: primeiro, o experimento é conduzido na superfície da água pura para medir o decaimento da amplitude e, em seguida, o decaimento após a formação da membrana superficial é medido, e a viscosidade da membrana superficial é derivada da diferença entre os dois .
A viscosidade superficial está intimamente relacionada à solidez da membrana superficial e, como a membrana de adsorção possui pressão e viscosidade superficial, ela deve ter elasticidade. Quanto maior a pressão superficial e maior a viscosidade da membrana adsorvida, maior será o seu módulo de elasticidade. O módulo de elasticidade da membrana de adsorção superficial é importante no processo de estabilização da bolha.
③ Formação de micelas
As soluções diluídas de surfactantes obedecem às leis seguidas pelas soluções ideais. A quantidade de surfactante adsorvido na superfície da solução aumenta com a concentração da solução, e quando a concentração atinge ou excede um determinado valor, a quantidade de adsorção não aumenta mais, e essas moléculas de surfactante em excesso ficam na solução de forma aleatória maneira ou de alguma forma regular. Tanto a prática como a teoria mostram que formam associações em solução, e essas associações são chamadas de micelas.
Concentração Crítica de Micela (CMC): A concentração mínima na qual os surfactantes formam micelas em solução é chamada de concentração micelar crítica.
④ Valores CMC de surfactantes comuns.
HLB é a abreviatura de equilíbrio hidrófilo lipófilo, que indica o equilíbrio hidrofílico e lipofílico dos grupos hidrofílicos e lipofílicos do surfactante, ou seja, o valor HLB do surfactante. Um valor de HLB grande indica uma molécula com forte hidrofilicidade e fraca lipofilicidade; inversamente, forte lipofilicidade e fraca hidrofilicidade.
① Disposições do valor HLB
O valor HLB é um valor relativo, portanto, quando o valor HLB é desenvolvido, como padrão, o valor HLB da cera de parafina, que não possui propriedades hidrofílicas, é especificado como 0, enquanto o valor HLB do dodecil sulfato de sódio, que é mais solúvel em água, é 40. Portanto, o valor HLB dos surfactantes está geralmente na faixa de 1 a 40. De modo geral, os emulsificantes com valores HLB inferiores a 10 são lipofílicos, enquanto aqueles superiores a 10 são hidrofílicos. Assim, o ponto de viragem de lipofílico para hidrofílico é cerca de 10.
Com base nos valores de HLB dos surfactantes, pode-se obter uma ideia geral de seus possíveis usos, conforme mostrado na Tabela 1-3.
Dois líquidos mutuamente insolúveis, um disperso no outro como partículas (gotículas ou cristais líquidos) formam um sistema denominado emulsão. Este sistema é termodinamicamente instável devido ao aumento da área limite dos dois líquidos quando a emulsão é formada. Para tornar a emulsão estável, é necessário adicionar um terceiro componente - um emulsificante para reduzir a energia interfacial do sistema. O emulsificante pertence ao surfactante, sua principal função é desempenhar o papel de emulsão. A fase da emulsão que existe na forma de gotículas é chamada de fase dispersa (ou fase interna, fase descontínua), e a outra fase que está ligada entre si é chamada de meio de dispersão (ou fase externa, fase contínua).
① Emulsionantes e emulsões
Emulsões comuns, uma fase é água ou solução aquosa, a outra fase são substâncias orgânicas não miscíveis com água, como graxa, cera, etc. A emulsão formada por água e óleo pode ser dividida em dois tipos de acordo com sua situação de dispersão: óleo dispersa em água para formar emulsão do tipo óleo em água, expressa como O/A (óleo/água): água dispersa em óleo para formar emulsão do tipo óleo em água, expressa como A/O (água/óleo). Também podem ser formadas multiemulsões complexas do tipo água-em-óleo-em-água A/O/A e óleo-em-água-em-óleo O/A/O.
Os emulsificantes são usados para estabilizar emulsões, reduzindo a tensão interfacial e formando uma membrana interfacial de molécula única.
Na emulsificação dos requisitos do emulsionante:
a: O emulsificante deve ser capaz de adsorver ou enriquecer a interface entre as duas fases, para que a tensão interfacial seja reduzida;
b: O emulsificante deve dar carga às partículas, de modo que haja repulsão eletrostática entre as partículas, ou forme uma membrana protetora estável e altamente viscosa ao redor das partículas.
Portanto, a substância utilizada como emulsificante deve possuir grupos anfifílicos para poder emulsionar, e os surfactantes podem atender a esse requisito.
② Métodos de preparação de emulsões e fatores que afetam a estabilidade das emulsões
Existem duas formas de preparar emulsões: uma é utilizar o método mecânico para dispersar o líquido em minúsculas partículas em outro líquido, que é mais utilizado na indústria para preparar emulsões; a outra é dissolver o líquido em estado molecular em outro líquido e, em seguida, fazê-lo reunir-se adequadamente para formar emulsões.
A estabilidade de uma emulsão é a capacidade de antiagregação de partículas que leva à separação de fases. As emulsões são sistemas termodinamicamente instáveis com grande energia livre. Portanto, a chamada estabilidade de uma emulsão é na verdade o tempo necessário para o sistema atingir o equilíbrio, ou seja, o tempo necessário para que ocorra a separação de um dos líquidos do sistema.
Quando a membrana interfacial com álcoois graxos, ácidos graxos e aminas gordurosas e outras moléculas orgânicas polares, a resistência da membrana é significativamente maior. Isto porque, na camada de adsorção interfacial de moléculas emulsionantes e álcoois, ácidos e aminas e outras moléculas polares para formar um "complexo", de modo que a resistência da membrana interfacial aumentou.
Os emulsificantes que consistem em mais de dois surfactantes são chamados de emulsificantes mistos. Emulsionante misto adsorvido na interface água/óleo; a ação intermolecular pode formar complexos. Devido à forte ação intermolecular, a tensão interfacial é significativamente reduzida, a quantidade de emulsificante adsorvido na interface aumenta significativamente, a formação da densidade da membrana interfacial aumenta, a resistência aumenta.
A carga das esferas líquidas tem um efeito significativo na estabilidade da emulsão. Emulsões estáveis, cujas esferas líquidas são geralmente carregadas. Quando um emulsificante iônico é utilizado, o íon emulsificante adsorvido na interface tem seu grupo lipofílico inserido na fase oleosa e o grupo hidrofílico fica na fase aquosa, tornando assim os grânulos líquidos carregados. Como as esferas de emulsão com a mesma carga, elas se repelem, não sendo fáceis de aglomerar, aumentando a estabilidade. Pode-se observar que quanto mais íons emulsificantes forem adsorvidos nas esferas, maior será a carga, maior será a capacidade de evitar a aglomeração das esferas e mais estável será o sistema de emulsão.
A viscosidade do meio de dispersão da emulsão tem certa influência na estabilidade da emulsão. Geralmente, quanto maior for a viscosidade do meio de dispersão, maior será a estabilidade da emulsão. Isto ocorre porque a viscosidade do meio de dispersão é grande, o que tem um forte efeito no movimento browniano dos grânulos líquidos e retarda a colisão entre os grânulos líquidos, de modo que o sistema permanece estável. Normalmente, as substâncias poliméricas que podem ser dissolvidas em emulsões podem aumentar a viscosidade do sistema e aumentar a estabilidade das emulsões. Além disso, os polímeros também podem formar uma membrana interfacial forte, tornando o sistema de emulsão mais estável.
Em alguns casos, a adição de pó sólido também pode fazer com que a emulsão tenda a se estabilizar. O pó sólido está na água, óleo ou interface, dependendo do óleo, água na capacidade umectante do pó sólido, se o pó sólido não estiver completamente molhado com água, mas também molhado com óleo, permanecerá na água e óleo interface.
O pó sólido não torna a emulsão estável porque o pó reunido na interface melhora a membrana interfacial, que é semelhante à adsorção interfacial das moléculas do emulsificante, portanto, quanto mais próximo o material em pó sólido estiver disposto na interface, mais estável será o emulsão é.
Os surfactantes têm a capacidade de aumentar significativamente a solubilidade de substâncias orgânicas insolúveis ou ligeiramente solúveis em água após a formação de micelas em solução aquosa, e a solução é transparente neste momento. Este efeito da micela é denominado solubilização. O surfactante que pode produzir solubilização é chamado de solubilizante, e a matéria orgânica que é solubilizada é chamada de matéria solubilizada.
A espuma desempenha um papel importante no processo de lavagem. Espuma é um sistema de dispersão no qual um gás é disperso em um líquido ou sólido, tendo o gás como fase dispersa e o líquido ou sólido como meio dispersante, sendo o primeiro denominado espuma líquida, enquanto o último é denominado espuma sólida, tal como espuma de plástico, espuma de vidro, espuma de cimento etc.
(1) Formação de espuma
Por espuma entendemos aqui um agregado de bolhas de ar separadas por uma membrana líquida. Este tipo de bolha sempre sobe rapidamente até a superfície do líquido devido à grande diferença de densidade entre a fase dispersa (gás) e o meio de dispersão (líquido), aliada à baixa viscosidade do líquido.
O processo de formação de uma bolha consiste em trazer uma grande quantidade de gás para o líquido, e as bolhas no líquido retornam rapidamente à superfície, formando um agregado de bolhas separadas por uma pequena quantidade de gás líquido.
A espuma tem duas características significativas em termos de morfologia: uma é que as bolhas, como fase dispersa, costumam ter formato poliédrico, isso ocorre porque na intersecção das bolhas há uma tendência de o filme líquido se afinar de modo que as bolhas se tornem poliédrico, quando o filme líquido se afina até certo ponto, leva à ruptura da bolha; a segunda é que líquidos puros não podem formar espuma estável, o líquido que pode formar espuma tem pelo menos dois ou mais componentes. Soluções aquosas de surfactantes são típicas de sistemas propensos à geração de espuma, e sua capacidade de gerar espuma também está relacionada a outras propriedades.
Os surfactantes com bom poder espumante são chamados de agentes espumantes. Embora o agente espumante tenha boa capacidade de espumar, a espuma formada pode não ser capaz de se manter por muito tempo, ou seja, sua estabilidade não é necessariamente boa. A fim de manter a estabilidade da espuma, muitas vezes no agente espumante para adicionar substâncias que podem aumentar a estabilidade da espuma, a substância é chamada de estabilizador de espuma, o estabilizador comumente usado é lauril dietanolamina e óxido de dodecil dimetilamina.
(2) Estabilidade da espuma
A espuma é um sistema termodinamicamente instável e a tendência final é que a área superficial total do líquido dentro do sistema diminua após a quebra da bolha e a energia livre diminua. O processo de remoção de espuma é o processo pelo qual a membrana líquida que separa o gás torna-se cada vez mais espessa até quebrar. Portanto, o grau de estabilidade da espuma é determinado principalmente pela velocidade de descarga do líquido e pela resistência do filme líquido. Os seguintes fatores também influenciam isso.
(3) Destruição de espuma
O princípio básico da destruição da espuma é alterar as condições que produzem a espuma ou eliminar os fatores estabilizadores da espuma, portanto, existem métodos físicos e químicos de remoção de espuma.
A antiespumação física significa alterar as condições de produção de espuma enquanto mantém a composição química da solução de espuma, como perturbações externas, mudanças de temperatura ou pressão e tratamento ultrassônico são métodos físicos eficazes para eliminar a espuma.
O método químico de antiespumação consiste em adicionar certas substâncias para interagir com o agente espumante para reduzir a resistência do filme líquido na espuma e, assim, reduzir a estabilidade da espuma para atingir o objetivo de antiespumante, tais substâncias são chamadas de antiespumantes. A maioria dos antiespumantes são surfactantes. Portanto, de acordo com o mecanismo de antiespumante, o antiespumante deve ter uma forte capacidade de reduzir a tensão superficial, fácil de adsorver na superfície, e a interação entre as moléculas de adsorção superficial é fraca, as moléculas de adsorção dispostas em uma estrutura mais frouxa.
Existem vários tipos de antiespumantes, mas basicamente são todos surfactantes não iônicos. Os surfactantes não iônicos têm propriedades antiespumantes próximas ou acima do ponto de turvação e são frequentemente usados como antiespumantes. Álcoois, especialmente álcoois com estrutura ramificada, ácidos graxos e ésteres de ácidos graxos, poliamidas, ésteres de fosfato, óleos de silicone, etc. também são comumente usados como excelentes antiespumantes.
(4) Espuma e lavagem
Não existe uma ligação direta entre a espuma e a eficácia da lavagem e a quantidade de espuma não indica a eficácia da lavagem. Por exemplo, os surfactantes não iônicos têm muito menos propriedades espumantes que os sabonetes, mas sua descontaminação é muito melhor que a dos sabonetes.
Em alguns casos, a espuma pode ser útil na remoção de sujeira e fuligem. Por exemplo, ao lavar a louça em casa, a espuma do detergente recolhe as gotas de óleo e ao esfregar tapetes, a espuma ajuda a recolher pó, pó e outras sujidades sólidas. Além disso, às vezes a espuma pode ser usada como uma indicação da eficácia de um detergente. Como os óleos gordurosos têm um efeito inibidor na espuma do detergente, quando há muito óleo e pouco detergente, nenhuma espuma será gerada ou a espuma original desaparecerá. Às vezes, a espuma também pode ser usada como um indicador da limpeza de um enxágue, pois a quantidade de espuma na solução de enxágue tende a diminuir com a redução do detergente, portanto a quantidade de espuma pode ser usada para avaliar o grau de enxágue.
Em sentido amplo, lavagem é o processo de remoção de componentes indesejados do objeto a ser lavado e atingir alguma finalidade. Lavar no sentido usual refere-se ao processo de remoção de sujeira da superfície do transportador. Na lavagem, a interação entre a sujeira e o transportador é enfraquecida ou eliminada pela ação de algumas substâncias químicas (por exemplo, detergente, etc.), de modo que a combinação de sujeira e transportador é transformada na combinação de sujeira e detergente, e finalmente a sujeira é separada do transportador. Como os objetos a serem lavados e a sujeira a ser removida são diversos, a lavagem é um processo muito complexo e o processo básico da lavagem pode ser expresso nas seguintes relações simples.
Carrie··Sujeira + Detergente= Transportador + Sujeira·Detergente
O processo de lavagem normalmente pode ser dividido em duas etapas: primeiramente, sob a ação do detergente, a sujeira é separada do seu portador; em segundo lugar, a sujidade destacada é dispersa e suspensa no meio. O processo de lavagem é reversível e a sujeira dispersa e suspensa no meio também pode ser reprecipitada do meio para o objeto a ser lavado. Portanto, um bom detergente deve ter a capacidade de dispersar e suspender a sujeira e evitar a redeposição de sujeira, além da capacidade de remover a sujeira do transportador.
(1) Tipos de sujeira
Mesmo para um mesmo item, o tipo, a composição e a quantidade de sujeira podem variar dependendo do ambiente em que é utilizado. A sujeira do corpo oleoso é principalmente alguns óleos animais e vegetais e óleos minerais (como petróleo bruto, óleo combustível, alcatrão de carvão, etc.), a sujeira sólida é principalmente fuligem, cinza, ferrugem, negro de fumo, etc. há sujeira do corpo humano, como suor, sebo, sangue, etc.; sujeira de alimentos, como manchas de frutas, manchas de óleo de cozinha, manchas de condimentos, amido, etc.; sujeira de cosméticos, como batom, esmalte de unha, etc.; sujeira da atmosfera, como fuligem, poeira, lama, etc.; outros, como tinta, chá, revestimento, etc. Ele vem em vários tipos.
Os vários tipos de sujidade podem normalmente ser divididos em três categorias principais: sujidade sólida, sujidade líquida e sujidade especial.
① Sujeira sólida
A sujeira sólida comum inclui partículas de cinza, lama, terra, ferrugem e negro de fumo. A maioria dessas partículas tem carga elétrica em sua superfície, a maioria delas tem carga negativa e podem ser facilmente adsorvidas em itens de fibra. A sujidade sólida é geralmente difícil de dissolver em água, mas pode ser dispersada e suspensa por soluções detergentes. Sujidades sólidas com pontos de massa menores são mais difíceis de remover.
② Sujeira líquida
A sujeira líquida é principalmente solúvel em óleo, incluindo óleos vegetais e animais, ácidos graxos, álcoois graxos, óleos minerais e seus óxidos. Entre eles, podem ocorrer óleos vegetais e animais, ácidos graxos e saponificação alcalina, enquanto álcoois graxos, óleos minerais não são saponificados por álcalis, mas podem ser solúveis em álcoois, éteres e solventes orgânicos de hidrocarbonetos, e emulsificação e dispersão de soluções de água detergente. A sujeira líquida solúvel em óleo geralmente tem uma força forte com itens de fibra e é adsorvida com mais firmeza nas fibras.
③ Sujeira especial
A sujeira especial inclui proteínas, amido, sangue, secreções humanas como suor, sebo, urina e suco de frutas e suco de chá. A maior parte desse tipo de sujeira pode ser química e fortemente adsorvida em itens de fibra. Portanto, é difícil lavar.
Os vários tipos de sujeira raramente são encontrados sozinhos, mas muitas vezes são misturados e adsorvidos no objeto. Às vezes, a sujeira pode ser oxidada, decomposta ou deteriorada sob influências externas, criando assim nova sujeira.
（2）Adesão de sujeira
Roupas, mãos etc. podem ficar manchadas porque existe algum tipo de interação entre o objeto e a sujeira. A sujeira adere aos objetos de diversas maneiras, mas não há mais do que adesões físicas e químicas.
①A adesão de fuligem, poeira, lama, areia e carvão às roupas é uma adesão física. De um modo geral, através desta adesão da sujidade, e o papel entre o objecto manchado é relativamente fraco, a remoção da sujidade também é relativamente fácil. De acordo com as diferentes forças, a adesão física da sujeira pode ser dividida em adesão mecânica e adesão eletrostática.
A: Adesão mecânica
Este tipo de adesão refere-se principalmente à adesão de alguma sujeira sólida (por exemplo, poeira, lama e areia). A adesão mecânica é uma das formas mais fracas de adesão de sujeira e pode ser removida quase por meios puramente mecânicos, mas quando a sujeira é pequena (<0,1um), é mais difícil de remover.
B:Adesão eletrostática
A adesão eletrostática se manifesta principalmente na ação de partículas de sujeira carregadas em objetos com carga oposta. A maioria dos objetos fibrosos tem carga negativa na água e podem facilmente aderir a certas sujeiras com carga positiva, como tipos de cal. Alguma sujeira, embora carregada negativamente, como partículas de negro de fumo em soluções aquosas, pode aderir às fibras através de pontes iônicas (íons entre vários objetos com cargas opostas, agindo em conjunto com eles de maneira semelhante a uma ponte) formadas por íons positivos na água (por exemplo, , Ca2+, Mg2+ etc.).
A ação eletrostática é mais forte que a simples ação mecânica, tornando a remoção de sujeira relativamente difícil.
② Adesão química
A adesão química refere-se ao fenômeno da sujeira agindo sobre um objeto através de ligações químicas ou de hidrogênio. Por exemplo, sujeira sólida polar, proteína, ferrugem e outras adesões em itens de fibra, as fibras contêm carboxila, hidroxila, amida e outros grupos, esses grupos e ácidos graxos de sujeira oleosa, álcoois graxos são fáceis de formar ligações de hidrogênio. As forças químicas são geralmente fortes e a sujeira fica, portanto, mais firmemente ligada ao objeto. Este tipo de sujeira é difícil de remover pelos métodos usuais e requer métodos especiais para lidar com ela.
O grau de adesão da sujeira está relacionado à natureza da própria sujeira e à natureza do objeto ao qual ela está aderida. Geralmente, as partículas aderem facilmente aos itens fibrosos. Quanto menor for a textura da sujeira sólida, mais forte será a adesão. A sujeira polar em objetos hidrofílicos, como algodão e vidro, adere mais fortemente do que a sujeira não polar. A sujidade não polar adere mais fortemente do que a sujidade polar, como gorduras polares, pó e argila, e é menos fácil de remover e limpar.
(3) Mecanismo de remoção de sujeira
O objetivo da lavagem é remover a sujeira. Em um ambiente com uma determinada temperatura (principalmente água). Usando os vários efeitos físicos e químicos do detergente para enfraquecer ou eliminar o efeito da sujeira e dos objetos lavados, sob a ação de certas forças mecânicas (como fricção das mãos, agitação da máquina de lavar, impacto da água), de modo que a sujeira e os objetos lavados do propósito de descontaminação.
① Mecanismo de remoção de sujeira líquida
R: Umedecimento
A sujidade líquida é principalmente à base de óleo. As manchas de óleo molham a maioria dos itens fibrosos e se espalham mais ou menos como uma película de óleo na superfície do material fibroso. O primeiro passo na ação de lavagem é umedecer a superfície pelo líquido de lavagem. Para fins de ilustração, a superfície de uma fibra pode ser considerada uma superfície sólida e lisa.
B: Destacamento de óleo - mecanismo de ondulação
A segunda etapa da ação de lavagem é a retirada de óleos e graxas, a retirada da sujeira líquida é feita por uma espécie de enrolamento. A sujeira líquida existia originalmente na superfície na forma de uma película de óleo espalhada e, sob o efeito umectante preferencial do líquido de lavagem na superfície sólida (ou seja, a superfície da fibra), ela se enrolava passo a passo em esferas de óleo, que foram substituídos pelo líquido de lavagem e eventualmente deixaram a superfície sob certas forças externas.
② Mecanismo de remoção de sujeira sólida
A remoção da sujeira líquida se dá principalmente através da umedecimento preferencial do transportador de sujeira pela solução de lavagem, enquanto o mecanismo de remoção da sujeira sólida é diferente, onde o processo de lavagem consiste principalmente na umedecimento da massa de sujeira e de sua superfície transportadora pela lavagem. solução. Devido à adsorção de surfactantes na sujeira sólida e sua superfície transportadora, a interação entre a sujeira e a superfície é reduzida e a força de adesão da massa de sujeira na superfície é reduzida, assim a massa de sujeira é facilmente removida da superfície de a transportadora.
Além disso, a adsorção de surfactantes, especialmente surfactantes iônicos, na superfície da sujeira sólida e seu transportador tem o potencial de aumentar o potencial superficial na superfície da sujeira sólida e seu transportador, o que é mais propício à remoção do sujeira. Superfícies sólidas ou geralmente fibrosas são geralmente carregadas negativamente em meios aquosos e podem, portanto, formar camadas eletrônicas duplas difusas em massas sujas ou superfícies sólidas. Devido à repulsão de cargas homogêneas, a adesão das partículas de sujeira da água à superfície sólida é enfraquecida. Quando um surfactante aniônico é adicionado, porque pode aumentar simultaneamente o potencial de superfície negativo da partícula de sujeira e da superfície sólida, a repulsão entre eles é mais aprimorada, a força de adesão da partícula é mais reduzida e a sujeira é mais fácil de remover .
Os surfactantes não iônicos são adsorvidos em superfícies sólidas geralmente carregadas e, embora não alterem significativamente o potencial interfacial, os surfactantes não iônicos adsorvidos tendem a formar uma certa espessura de camada adsorvida na superfície, o que ajuda a evitar a redeposição de sujeira.
No caso dos tensioactivos catiónicos, a sua adsorção reduz ou elimina o potencial superficial negativo da massa de sujidade e da sua superfície portadora, o que reduz a repulsão entre a sujidade e a superfície e, portanto, não é propício à remoção de sujidade; além disso, após a adsorção na superfície sólida, os tensoativos catiônicos tendem a tornar a superfície sólida hidrofóbica e, portanto, não conduzem à umedecimento da superfície e, portanto, à lavagem.
③ Remoção de sujeiras especiais
Proteínas, amido, secreções humanas, sucos de frutas, sucos de chá e outras sujeiras são difíceis de remover com surfactantes normais e requerem tratamento especial.
Manchas de proteínas como creme, ovos, sangue, leite e excrementos de pele tendem a coagular nas fibras e degenerar e obter adesão mais forte. A sujidade proteica pode ser removida utilizando proteases. A enzima protease decompõe as proteínas da sujeira em aminoácidos ou oligopeptídeos solúveis em água.
As manchas de amido provêm principalmente de alimentos, outros como molhos, cola, etc. A amilase tem um efeito catalítico na hidrólise das manchas de amido, fazendo com que o amido se decomponha em açúcares.
A lipase catalisa a decomposição de triglicerídeos, que são difíceis de remover por métodos normais, como sebo e óleos comestíveis, e os decompõe em glicerol solúvel e ácidos graxos.
Algumas manchas coloridas de sucos de frutas, sucos de chá, tintas, batom, etc. costumam ser difíceis de limpar completamente, mesmo após lavagens repetidas. Essas manchas podem ser removidas por uma reação redox com um agente oxidante ou redutor, como o alvejante, que destrói a estrutura dos grupos geradores de cor ou auxiliares de cor e os degrada em componentes menores solúveis em água.
（4） Mecanismo de remoção de manchas de lavagem a seco
O que foi dito acima é, na verdade, para a água como meio de lavagem. Na verdade, devido aos diferentes tipos de roupas e estrutura, algumas roupas que são lavadas com água não são convenientes ou não são fáceis de lavar, algumas roupas após a lavagem e até mesmo deformadas, desbotadas, etc., por exemplo: a maioria das fibras naturais absorvem água e fácil de inchar, seco e fácil de encolher, então após a lavagem ficará deformado; ao lavar produtos de lã também costuma aparecer fenômeno de encolhimento, alguns produtos de lã com lavagem com água também são fáceis de borboto, mudança de cor; A sensação de algumas sedas nas mãos piora após a lavagem e perde o brilho. Para essas roupas, costuma-se usar o método de lavagem a seco para descontaminar. A chamada lavagem a seco geralmente se refere ao método de lavagem em solventes orgânicos, especialmente em solventes apolares.
A lavagem a seco é uma forma de lavagem mais suave do que a lavagem com água. Como a lavagem a seco não requer muita ação mecânica, ela não causa danos, enrugamentos e deformações nas roupas, enquanto os agentes de lavagem a seco, ao contrário da água, raramente produzem expansão e contração. Desde que a tecnologia seja manuseada adequadamente, as roupas podem ser lavadas a seco sem distorções, desbotamento da cor e maior vida útil.
Em termos de lavagem a seco, existem três grandes tipos de sujeira.
①Sujeira solúvel em óleo A sujeira solúvel em óleo inclui todos os tipos de óleo e graxa, que são líquidos ou gordurosos e podem ser dissolvidos em solventes de lavagem a seco.
②Sujeira solúvel em água A sujeira solúvel em água é solúvel em soluções aquosas, mas não em agentes de lavagem a seco, é adsorvida nas roupas em estado aquoso, a água evapora após a precipitação de sólidos granulares, como sais inorgânicos, amido, proteínas, etc.
③Sujeira insolúvel em óleo e água Sujeira insolúvel em óleo e água não é solúvel em água nem solúvel em solventes de lavagem a seco, como negro de fumo, silicatos de vários metais e óxidos, etc.
Devido à natureza diferente dos vários tipos de sujeira, existem diferentes maneiras de remover a sujeira no processo de lavagem a seco. Sujidades solúveis em óleo, como óleos animais e vegetais, óleos minerais e graxas, são facilmente solúveis em solventes orgânicos e podem ser removidas mais facilmente na lavagem a seco. A excelente solubilidade dos solventes de lavagem a seco para óleos e graxas vem essencialmente das forças de van der Walls entre as moléculas.
Para a remoção de sujeira solúvel em água, como sais inorgânicos, açúcares, proteínas e suor, a quantidade certa de água também deve ser adicionada ao agente de lavagem a seco, caso contrário, a sujeira solúvel em água será difícil de remover da roupa. Porém, a água é difícil de dissolver no agente de lavagem a seco, portanto, para aumentar a quantidade de água, também é necessário adicionar surfactantes. A presença de água no agente de lavagem a seco pode hidratar a superfície da sujeira e das roupas, facilitando a interação com os grupos polares dos surfactantes, o que favorece a adsorção dos surfactantes na superfície. Além disso, quando os surfactantes formam micelas, a sujeira solúvel em água e a água podem ser solubilizadas nas micelas. Além de aumentar o teor de água do solvente de lavagem a seco, os surfactantes também podem desempenhar um papel na prevenção da redeposição de sujeira para aumentar o efeito de descontaminação.
A presença de uma pequena quantidade de água é necessária para remover a sujeira solúvel em água, mas muita água pode causar distorções e enrugamentos em algumas roupas, por isso a quantidade de água no agente de lavagem a seco deve ser moderada.
Sujeira que não é solúvel em água nem solúvel em óleo, partículas sólidas como cinza, lama, terra e negro de fumo, geralmente fica presa à roupa por forças eletrostáticas ou em combinação com óleo. Na lavagem a seco, o fluxo de solvente, o impacto pode fazer com que a força eletrostática adsorva a sujeira, e o agente de lavagem a seco pode dissolver o óleo, de modo que a combinação de óleo e sujeira e partículas sólidas aderidas à roupa no seco -agente de limpeza, agente de limpeza a seco em uma pequena quantidade de água e surfactantes, para que as partículas sólidas de sujeira possam ser suspensão estável, dispersão, para evitar sua re-deposição na roupa.
（5）Fatores que afetam a ação de lavagem
A adsorção direcional de surfactantes na interface e a redução da tensão superficial (interfacial) são os principais fatores na remoção de sujeira líquida ou sólida. Contudo, o processo de lavagem é complexo e o efeito da lavagem, mesmo com o mesmo tipo de detergente, é influenciado por muitos outros factores. Estes factores incluem a concentração do detergente, a temperatura, a natureza da sujidade, o tipo de fibra e a estrutura do tecido.
① Concentração de surfactante
As micelas dos surfactantes em solução desempenham um papel importante no processo de lavagem. Quando a concentração atinge a concentração micelar crítica (CMC), o efeito de lavagem aumenta acentuadamente. Portanto, a concentração de detergente no solvente deve ser superior ao valor CMC para ter um bom efeito de lavagem. Contudo, quando a concentração de surfactante é superior ao valor CMC, o aumento incremental no efeito de lavagem não é óbvio e não é necessário aumentar demasiado a concentração de surfactante.
Ao remover o óleo por solubilização, o efeito de solubilização aumenta com o aumento da concentração do surfactante, mesmo quando a concentração está acima do CMC. Neste momento, é aconselhável utilizar o detergente de forma centralizada local. Por exemplo, se houver muita sujeira nos punhos e na gola de uma peça de roupa, pode-se aplicar uma camada de detergente durante a lavagem para aumentar o efeito solubilizante do surfactante no óleo.
②A temperatura tem uma influência muito importante na ação de descontaminação. Em geral, o aumento da temperatura facilita a remoção da sujidade, mas por vezes uma temperatura demasiado elevada também pode causar desvantagens.
O aumento da temperatura facilita a difusão da sujeira, a graxa sólida é facilmente emulsionada em temperaturas acima do seu ponto de fusão e as fibras aumentam de inchaço devido ao aumento da temperatura, o que facilita a remoção da sujeira. Porém, para tecidos compactos, os microespaços entre as fibras são reduzidos à medida que as fibras se expandem, o que é prejudicial à remoção de sujeira.
As mudanças de temperatura também afetam a solubilidade, o valor de CMC e o tamanho das micelas dos surfactantes, afetando assim o efeito de lavagem. A solubilidade dos surfactantes com cadeias de carbono longas é baixa a baixas temperaturas e por vezes a solubilidade é ainda inferior ao valor CMC, pelo que a temperatura de lavagem deve ser aumentada de forma adequada. O efeito da temperatura no valor da CMC e no tamanho da micela é diferente para surfactantes iônicos e não iônicos. Para surfactantes iônicos, um aumento na temperatura geralmente aumenta o valor da CMC e reduz o tamanho da micela, o que significa que a concentração do surfactante na solução de lavagem deve ser aumentada. Para surfactantes não iônicos, um aumento na temperatura leva a uma diminuição no valor de CMC e a um aumento significativo no volume da micela, portanto, é claro que um aumento apropriado na temperatura ajudará o surfactante não iônico a exercer seu efeito tensoativo. . No entanto, a temperatura não deve exceder o seu ponto de turvação.
Resumindo, a temperatura ideal de lavagem depende da formulação do detergente e do objeto a ser lavado. Alguns detergentes têm um bom efeito detergente à temperatura ambiente, enquanto outros têm uma detergência muito diferente entre a lavagem a frio e a quente.
③ Espuma
Costuma-se confundir poder espumante com efeito de lavagem, acreditando que detergentes com alto poder espumante apresentam um bom efeito de lavagem. A pesquisa mostrou que não existe uma relação direta entre o efeito de lavagem e a quantidade de espuma. Por exemplo, lavar com detergentes com pouca espuma não é menos eficaz do que lavar com detergentes com muita espuma.
Embora a espuma não esteja diretamente relacionada à lavagem, há ocasiões em que ajuda a remover a sujeira, por exemplo, ao lavar a louça à mão. Ao esfregar carpetes, a espuma também pode remover a poeira e outras partículas sólidas de sujeira. A sujeira do carpete é responsável por uma grande proporção de poeira, portanto, os agentes de limpeza de carpetes devem ter uma certa capacidade de formação de espuma.
O poder espumante também é importante para os xampus, onde a espuma fina produzida pelo líquido durante a lavagem ou o banho deixa os cabelos lubrificados e confortáveis.
④ Variedades de fibras e propriedades físicas dos têxteis
Além da estrutura química das fibras, que afeta a aderência e remoção da sujeira, a aparência das fibras e a organização do fio e do tecido influenciam na facilidade de remoção da sujeira.
As escamas das fibras de lã e as fitas curvas e planas das fibras de algodão têm maior probabilidade de acumular sujeira do que as fibras lisas. Por exemplo, o negro de fumo manchado em filmes de celulose (filmes de viscose) é fácil de remover, enquanto o negro de fumo manchado em tecidos de algodão é difícil de lavar. Outro exemplo é que os tecidos de fibra curta feitos de poliéster são mais propensos a acumular manchas de óleo do que os tecidos de fibra longa, e as manchas de óleo em tecidos de fibra curta também são mais difíceis de remover do que as manchas de óleo em tecidos de fibra longa.
Fios bem torcidos e tecidos justos, devido ao pequeno vão entre as fibras, conseguem resistir à invasão de sujeira, mas o mesmo também pode impedir que o líquido de lavagem exclua a sujeira interna, assim tecidos apertados passam a resistir bem à sujeira, mas uma vez manchados lavar também é mais difícil.
⑤ Dureza da água
A concentração de Ca2+, Mg2+ e outros íons metálicos na água tem grande influência no efeito de lavagem, principalmente quando os tensoativos aniônicos encontram íons Ca2+ e Mg2+ formando sais de cálcio e magnésio que são menos solúveis e reduzirão sua detergência. Em água dura, mesmo que a concentração de surfactante seja elevada, a detergência ainda é muito pior do que na destilação. Para que o surfactante tenha o melhor efeito de lavagem, a concentração de íons Ca2+ na água deve ser reduzida para 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 para 0,1 mg/L) ou menos. Isto requer a adição de vários amaciadores ao detergente.
Horário da postagem: 25 de fevereiro de 2022